李炎飛

（安徽省高速公路試驗檢測科研中心有限公司，安徽 合肥 230601）

安徽省高速公路“十二五”、 “十三五”發(fā)展規(guī)劃相繼實施以來，沿江、江淮及江南丘陵山區(qū)多條高速公路路基填筑陸續(xù)大量選用天然巖質(zhì)類材料替代石灰（水泥）改良土。這種土石混填或填石路基的應用，很大程度提升了公路路基的填筑功效，有效保障了路基填筑質(zhì)量，同時也降低了工程造價。

然而，現(xiàn)行公路行業(yè)技術標準規(guī)范針對路基填料的壓實質(zhì)量的現(xiàn)場檢測方法，無論是灌砂法、灌水法或是沉降差等，均存在效率低、人為因素影響大等問題。因此，依托安徽省交通科技項目《高速公路中粗粒土路基壓實質(zhì)量快速檢測方法和控制指標研究》課題的相關成果，研發(fā)應用便攜式動態(tài)回彈模量測試儀快速無損檢測包括填土路基、土石混填路基和填石路基壓實質(zhì)量。

1 項目背景

池州長江大橋接線K2+692-K18+153間斷分布挖方段巖體主要由中-強風化凝灰質(zhì)砂巖、砂巖及安山巖組成，其中殷家匯互通區(qū)主要由中-強風化碳質(zhì)灰?guī)r、砂巖、泥巖組成。依據(jù)巖性工程性質(zhì)分析，除部分全風化的泥巖水穩(wěn)性相對較差外，其余均可分類作為路基填料。將挖余巖性較好的集中堆放，統(tǒng)一使用碎石機粗加工成符合規(guī)范級配的通料碎石，直接用于臺背及路床填筑，以取代設計原灰（水泥）土路床及臺背設計方案，可優(yōu)化83萬方。然而，土石混填或填石路基顆粒相互之間具有較強的嵌擠特性，相應路基壓實過程受填料巖性、粒徑、級配以及含水率等多重因素的影響，其施工過程中壓實質(zhì)量的快速檢測評定與高效控制無法解決。

2 儀器設備

2.1 工作原理

采用一定質(zhì)量的落錘，以一定高度自由落下，模擬車輛行駛時對路基面產(chǎn)生的動荷載效應沖擊路基面，檢測路基在動荷載作用下所發(fā)生的力和變形的參數(shù)，即動態(tài)回彈模量Ep值。

2.2 測試系統(tǒng)

公路動態(tài)回彈模量測試儀由加載裝置、承載板、回彈變形測定儀三部分組成。加載裝置主要由落錘、掛（脫）鉤裝置、導向桿、阻尼裝置構(gòu)成。智能承載板為圓形鋼板，上部設有電控盒，內(nèi)部裝有力和位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)處理器和無線傳輸模塊。回彈變形測定儀主要由數(shù)據(jù)采集顯示終端和打印機組成。進行現(xiàn)場測試時，應注意不同材料類型的路基填料具有不同的力學參數(shù)（泊松比），相應的，測試前應根據(jù)實際情況按照相關規(guī)范或者經(jīng)驗在動態(tài)回彈模量測試儀數(shù)據(jù)采集程序中進行合理泊松比參數(shù)設置。

2.3 適用范圍

適用于公路工程最大粒徑小于150mm的填土路基、土石混填路基以及填石路基的動態(tài)回彈模量檢測?？捎糜诠饭こ搪坊ㄅ_背）壓實施工過程中填料壓實質(zhì)量控制，層間動態(tài)回彈模量設計指標的檢測驗證及階段性工程交工驗收檢查使用，也可作為路基壓實質(zhì)量設計參數(shù)使用。

3 技術準備

3.1 原材料

對擬用的中粗粒土開展物理力學特性研究，分別對不同取料場進行取樣，檢查最大粒徑、不均勻系數(shù)、顆粒級配，以確認是否滿足規(guī)范要求。對最大粒徑不滿足路床填筑要求的填料，進行破碎加工。經(jīng)篩選后對滿足要求的填料進行重型擊實試驗，確定每種填料的最大干密度和最佳含水率，對超粒徑碎石進行相應的密度修正，并取樣對填料的CBR值進行試驗，以確定在路基填筑的可行性。

3.2 質(zhì)量標準

圍繞《公路路基設計規(guī)范》 （JTGD30-2015）“回彈模量”設計及“豎向壓應變”驗算兩大關鍵指標，開展中粗粒土動態(tài)回彈模量室內(nèi)標定試驗研究工作。采集了中粗粒土在不同的級配、含水率、壓實程度下的動態(tài)回彈模量變化規(guī)律及不同碾壓深度下的應力和應變變化規(guī)律等試驗數(shù)據(jù)。此外，還對不同模具尺寸效應進行了驗證，并與鐵路行業(yè)的動態(tài)變形模量進行了比對試驗。項目實施中根據(jù)填料類型及施工工藝確定壓實指標。

3.3 試驗段

選取路段長度可根據(jù)現(xiàn)場需要確認，一般不宜小于200m。試驗過程中，依據(jù)JTGF80/1《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》，按路基不同結(jié)構(gòu)層、不同填料種類開展比對試驗，建立動態(tài)回彈模量與壓實程度的相關關系式。比對過程詳細記錄，分析結(jié)果報告作為現(xiàn)場檢測標準依據(jù)。不同類型路基的比對參數(shù)為：1）對于填土路基，選取的比對參數(shù)為壓實度（灌砂法）。2）對于土石和填石路基，選取的比對參數(shù)為沉降差或孔隙率。

進行比對試驗時，針對土方填料、土石混填料、石方填料，分別建立路基填筑層壓實度和沉降差與動態(tài)回彈模量的相關關系。應注意，建立關系時的動態(tài)回彈模量應具有代表性，可反映該試驗區(qū)域內(nèi)的整體動態(tài)回彈模量，為使得動態(tài)回彈模量值更真實的反映實際情況，應至少檢測不下于15個測點的模量數(shù)據(jù)，并剔除異常值數(shù)據(jù)之后，采用取均值的方式得到代表性動態(tài)回彈模量值。

4 試驗結(jié)果應用

1）對于填土路基，根據(jù)不同碾壓遍數(shù)下路基動態(tài)回彈模量代表值與壓實度的關系曲線，得出相關關系方程。圖1所示為依托課題現(xiàn)場試驗段的灰土（摻灰不到1天，可作為素填土）填料路基試驗段比對試驗結(jié)果，可以看出對于填土類路基，動態(tài)回彈模量與壓實度之間呈現(xiàn)良好的線性關系，其相關系數(shù)為0.99，表明相關性很好。其中，每個動態(tài)回彈模量代表值均由不低于15個測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到。當動回彈模量與壓實度的相關關系建立后，經(jīng)過監(jiān)理審核批準，便可以在路基壓實過程中和交工驗收中采用動態(tài)回彈模量快速控制或檢測路基填料的壓實質(zhì)量。比如，對于本課題依托的項目填土路基試驗段，如圖所示，90區(qū)的動態(tài)回彈模量檢測標準可定義為40MPa。

圖1 填土路基回彈模量～壓實度比對試驗結(jié)果

2）對于土石混填路基，建立不同碾壓遍數(shù)下路基動態(tài)回彈模量代表值與沉降差的對應關系曲線。圖2為經(jīng)合理修正（考慮振動壓實后的表層松動修正）后的某土石混填路基回彈模量與沉降差比對試驗結(jié)果，可以看出相關數(shù)據(jù)具有很明顯的關聯(lián)性。根據(jù)對比試驗曲線，通過規(guī)范要求的5mm沉降差對應的碾壓遍數(shù)與模量值作為壓實遍數(shù)要求與檢測合格判定值。比如，對于本課題依托的土石路基試驗段，如圖所示，5mm沉降差對應的動態(tài)回彈模量檢測標準可定義為29MPa，碾壓遍數(shù)為4遍。

圖2 土石混填路基回彈模量～沉降差比對試驗結(jié)果

3）對于填石路基，建立不同碾壓遍數(shù)下路基動態(tài)回彈模量代表值與沉降差的對應關系曲線。圖3為經(jīng)和合理修正后的某填石路基回彈模量與沉降差比對試驗結(jié)果，可以看出其具有很明顯的相關性。根據(jù)對比試驗結(jié)果，可通過規(guī)范要求的5mm沉降差對應的碾壓遍數(shù)與模量值作為壓實遍數(shù)要求與檢測合格判定值。比如，對于課題依托的填石路基試驗段，如圖所示，5mm沉降差對應的動態(tài)回彈模量檢測標準可定義為49MPa，碾壓遍數(shù)為3遍。

圖3 填石路基回彈模量～沉降差比對試驗結(jié)果

現(xiàn)場壓實路基的動態(tài)回彈模量值受填料最大粒徑、顆粒級配以及土體巖性、施工機具、工藝水平等諸多因素影響，當這些影響因素在現(xiàn)場發(fā)生改變時，動態(tài)回彈模量檢測值也會發(fā)生變化因此，這個變化在多大范圍之內(nèi)是容許的，即相關主要影響因素變化超出一定的范圍，則需要重新標定壓實程度與動態(tài)回彈模量的相關性。依托的科研課題的現(xiàn)場和室內(nèi)試驗表明，同樣施工工藝水平下，土體顆粒級配對動態(tài)回彈模量值的影響較大。此外，壓路機影響也較大，包括振動與靜壓、凸輪與光輪等，這些體現(xiàn)在壓實功的變化上。填料級配是否明顯變化，可以通過快速篩分試驗，對比填料的級配曲線偏離情況來監(jiān)測。

5 結(jié)語

通過應用，充分體現(xiàn)了路基動態(tài)回彈模量現(xiàn)場測試的快速、準確、非破損及設備便攜等特點，作為一種新的路基壓實質(zhì)量檢測方法，目前已申報安徽省地方標準《公路工程路基動態(tài)回彈模量現(xiàn)場測試規(guī)程》，必將有更廣闊的應用前景。